Ứng dụng mô hình swat hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông cầu, tỉnh bắc kạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------------

Phạm Xuân Cảnh

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT HỖ TRỢ QUẢN LÝ
TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẦU, TỈNH BẮC KẠN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------------

Phạm Xuân Cảnh

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT HỖ TRỢ QUẢN LÝ
TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẦU, TỈNH BẮC KẠN

Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã số: 60 44 76

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN NGỌC THẠCH

Hà Nội - 2012

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................................
MỤC LỤC ........................................................................................................................ ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................ iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................. vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết ............................................................................................................. 1
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu .............................................................................. 2
3. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC TRONG LƯU VỰC
SÔNG ............................................................................................................................... 5
1.1. Quản lý tổng hợp lưu vực sông ............................................................................... 5
1.2. Quản lý tổng hợp tài nguyên nước trong lưu vực sông ............................................ 7
1.1.2. Yêu cầu và mục đích quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông .............. 7
1.2.3. Xác định nguồn gây ô nhiễm nước ................................................................... 8
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên Thế giới và Việt Nam.................................. 17
CHƯƠNG 2 - MÔ HÌNH SWAT TRONG HỖ TRỢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN
NƯỚC…. ........................................................................................................................ 21
2.1. Cơ sở lý thuyết mô hình SWAT ............................................................................ 21
2.2.1. Một số khái niệm trong mô hình SWAT ......................................................... 21
2.2.2. Mô hình SWAT .............................................................................................. 22
2.2.2.1. Chu trình thủy văn mặt đất ....................................................................... 24
2.2.2.2. Chu trình nước trong hệ thống sông ......................................................... 30
2.2. Lựa chọn thông số dánh giá chất lượng nước. ....................................................... 31
2.2.1. Các thông số đánh giá chất lượng nước .......................................................... 31

ii


2.2.2. Lựa chọn thông số đầu ra của mô hình SWAT để dánh giá chất lượng nước lưu
vực sông Cầu ........................................................................................................... 36
CHƯƠNG 3 - SỬ DỤNG MÔ HÌNH SWAT HỖ TRỢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC
LƯU VỰC SÔNG CẦU, TỈNH BẮC KẠN .................................................................... 38
3.1. Một số đặc điểm chính của lưu vực sông Cầu ....................................................... 38
3.1.1. Điều kiện tự nhiên lưu vực sông Cầu.............................................................. 38
3.1.2. Tình hình khai thác sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông Cầu ..................... 43
3.2. Quy trình nghiên cứu ............................................................................................ 44
3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào ............................................................................ 45
3.3.1. Dữ liệu địa hình.............................................................................................. 45
3.3.2. Phân chia tiểu lưu vực .................................................................................... 46
3.3.3. Dữ liệu đất ..................................................................................................... 49
3.3.4. Dữ liệu Sử dụng đất ....................................................................................... 58
3.3.5. Dữ liệu thời tiết .............................................................................................. 60
3.3. Đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Cầu bằng mô hình SWAT ...................... 62
3.3.1. Các bước chạy mô hình .................................................................................. 62
3.3.2. Kết quả đánh giá ............................................................................................ 63
3.4. Kiến nghị một số giải pháp hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cầu ...... 72
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 78

iii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1. Lưu vực sông và khái niệm đường phân nước [2] ............................................. 5

Hình 1. 2. Ô nhiễm nước do rác thải sinh hoạt ................................................................ 10
Hình 1. 3. Nước xả nước thải của công ty Vedan làm ô nhiễm sông Thị Vải ................... 11
Hình 1. 4. Rác thải y tế (Nguồn: ) .......................................................... 14
Hình 1. 5. Chất thải chăn nuôi gia súc (Nguồn: ) ................................... 15
Hình 1. 6. Phun thuốc bảo vệ thực vật (Nguồn: ) .................................. 16
Hình 2. 1. Chu trình nước trong pha đất [14] ................................................................... 24
Hình 2. 2. Sơ đồ thuật toán của SWAT cho chu trình nước trong pha đất [14] ................ 25
Hình 2. 3. Chu kỳ Nitơ được sử dụng trong SWAT [16] ................................................. 28
Hình 2. 4. Chu kỳ Photpho được sử dụng trong SWAT [16] ........................................... 29
Hình 2. 5. Quá trình vận chuyển thuốc trừ sâu trong SWAT [16] .................................... 29
Hình 2. 6. Chu trình nước trong hệ thống sông ngòi ........................................................ 30
Hình 3. 1. Lưu vực sông Cầu........................................................................................... 38
Hình 3. 2. Sơ đồ quy trình nghiên cứu ............................................................................. 44
Hình 3. 3. Qui trình xử lí dữ liệu địa hình ....................................................................... 45
Hình 3. 4. Mô hình số độ cao lưu vực sông Cầu .............................................................. 46
Hình 3. 5. Quy trình phân chia tiểu lưu vực từ DEM ....................................................... 47
Hình 3. 6. Cách xác định hướng dòng chảy từ DEM ....................................................... 47
Hình 3. 7. Ví dụ tính toán hướng dòng chảy từ DEM ...................................................... 47
Hình 3. 8. Tính toán dòng chảy tích luỹ .......................................................................... 48
Hình 3. 9. Bản đồ phân chia tiểu lưu vực ........................................................................ 49
Hình 3. 10. Phân loại thành phần cơ giới theo tam giác đều [19] ..................................... 52
Hình 3. 11. Sơ đồ 3 pha................................................................................................... 53
Hình 3. 12. Bảng tra hệ số xói mòn của đất (Wischmeier, Johnson 1971) ....................... 55
Hình 3. 13. Sơ đồ quy trình xử lý dữ liệu đất .................................................................. 56
Hình 3. 14. Bản đồ đất .................................................................................................... 57
Hình 3. 15. Bản đồ Hiện trạng sử dụng đất lưu vực sông Cầu, Tỉnh Bắc Kạn ................. 59
Hình 3. 16. Cấu trúc tổng thể dữ liệu thời tiết ................................................................. 61
Hình 3. 17. Đồ thị phân bố lượng mưa khu vưc nghiên cứu ............................................ 61
Hình 3. 18. Đồ thị phân bố nhiệt độ khu vưc nghiên cứu ................................................. 62

iv


Hình 3. 19. Giao diện mô hình SWAT trong phần mềm Arcgis....................................... 62
Hình 3. 20. Thứ tự các bước nhập dữ liệu vào mô hình ................................................... 63
Hình 3. 21. Biểu đồ hàm lượng NO3 tiểu lưu vực số 7 theo thời gian tính từ mô hình
SWAT (đơn vị: mg/l) ...................................................................................................... 64
Hình 3. 22. Hiểu đồ tương quan giữa số liệu tính toán và thực đo của hàm lượng NO3 ... 65
Hình 3. 23. Kết quả hàm lượng trung bình năm các chất trong nước các tiểu lưu vực năm
2010 ................................................................................................................................ 65
Hình 3. 24. Kết quả phân loại chất lượng nước theo QCVN 08: 2008/BTNMT của mỗi
tiểu lưu vực ..................................................................................................................... 66
Hình 3. 25. Bản đồ phân cấp chất lượng nước theo hàm lượng NO3 trung bình năm 2010
........................................................................................................................................ 67
Hình 3. 26. Bản đồ phân cấp chất lượng nước theo hàm lượng PO4 trung bình năm 201068
Hình 3. 27. Bản đồ phân cấp chất lượng nước theo hàm lượng NH4 trung bình năm 2010
........................................................................................................................................ 69
Hình 3. 28. Bản đồ phân cấp chất lượng nước theo chỉ tiêu ô nhiễm chất dinh dưỡng trung
bình năm 2010 ................................................................................................................ 71
Hình 3. 29. Đồ thị tương quan giữa % diện tích rừng tiểu lưu vực và hàm lượng các chất
........................................................................................................................................ 72
Hình 3. 30. Hàm lượng NO3 cao nhất tập trung chủ yếu vào mùa mưa ............................ 73

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1. Các thông số chọn lọc để đánh giá nhanh tình trạng ô nhiễm nước................. 37
Bảng 3. 1. Diện tích một số cây trồng chính trên lưu vực ................................................ 41
Bảng 3. 2. Số lượng gia súc và gia cầm trên lưu vực ....................................................... 41

Bảng 3. 3. Tổng hợp diện tích nuôi trồng thủy sản theo các địa phương .......................... 42
Bảng 3. 4. Thông số đầu vào của đất trong mô hình SWAT, nguồn: [16] ........................ 50
Bảng 3. 5. Bảng ký hiệu nhóm thủy văn đất, nguồn: [16] ................................................ 51
Bảng 3. 6. Bảng kí hiệu kết cấu đất, nguồn: [16] ............................................................. 51
Bảng 3. 7. Bảng phân loại về kích thước của thành phần cơ giới đất [16]........................ 52
Bảng 3. 8. Các thông số vật lý và hóa học của dữ liệu đất ............................................... 57
Bảng 3. 9. Tổng hợp 4 thông số: Hydgrp, AWC, Ksat, USLE_K .................................... 58
Bảng 3. 10. Bảng diện tích các nhóm hiện trạng sử dụng đất theo các tiểu lưu vực (đơn vị:
ha) ................................................................................................................................... 60
Bảng 3. 11. Phân cấp chất lượng nước theo giá trị giới hạn nồng độ chất dinh dưỡng theo
QCVN 08: 2008/BTNMT ............................................................................................... 66
Bảng 3. 12. Đánh giá chung chất lượng nước từng tiểu lưu vực theo ô nhiễm chất dinh
dưỡng .............................................................................................................................. 70
Bảng 3. 13. Các giải pháp kiểm soát ô nhiễm nước ......................................................... 74

vi


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DEM: Digital elevation model
HRU: Hydrologic Response Unit - HRU
LULC: Landuse and landcover
QLTHLVS: Quản lý tổng hợp lưu vực sông
SWAT: Soil and water assessment tool

vii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết

Nước là một thành phần chính, quan trọng đối với việc tồn tại và phát triển
sự sống của tất cả sinh vật trên trái đất không ngoại trừ loài người. Với khả năng
hòa tan rất nhiều chất và bay hơi cao, nước đóng vai trò điều khiển sự phong hóa
hóa học của đất đá, cung cấp dinh dưỡng cho thực vật và vận chuyển các chất hóa
học vào cơ thể sinh vật.
Nước là nguồn tài nguyên có khả năng phục hồi, tuy nhiên hiện nay các hoạt
động của con người đều tác động mạnh mẽ tới nguồn tài nguyên này. Chẳng hạn,
đất nông nghiệp bị xáo trộn do những thay đổi của đồng cỏ hoặc rừng, hay việc
làm tăng các sản phẩm nông nghiệp có thể là nguyên nhân làm giảm lớp phủ thực
vật, thay đổi thoát hơi nước của cây cối và ảnh hưởng đến điều kiện khí hậu. Kết
quả làm tăng mưa, tăng xói mòn đất gây tích tụ phù sa trong nước. Tiếp đó chu
trình dinh dưỡng có thể xảy ra với tần xuất cao hơn, dẫn đến thay đổi nồng độ của
các chất dinh dưỡng trong lớp nước bề mặt. Cứ như vậy, lần lượt chúng tác động
sâu sắc đến các tính chất hóa học và sinh học của nước.
Sự có mặt của các hóa chất độc hại, chất thải hữu cơ từ các sản phẩm hóa
học công nghiệp, kim loại nặng từ các phân xưởng mạ kim loại, thuốc trừ sâu diệt
cỏ ở các cánh đồng nông nghiệp,… đã làm xấu đi các tính chất của nguồn nước.
Mặc dù cho đến nay con người đã có nhiều biện pháp tích cực kiểm soát nguồn
nước nhưng vẫn chưa thoát khỏi vấn đề ô nhiễm.
Chính vì vậy vấn đề quản lý và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước là
hết sức cần thiết, điều này đã được thể hiện cụ thể bằng cả những văn bản mang
tính pháp lý.
Quản lý nước theo địa giới hành chính là phương thức truyền thống vẫn phổ
biến trên thế giới nhiều thế kỷ gần đây và vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Ở nước ta
cũng vậy, Điều 58 của Luật Tài nguyên nước đã giao nhiệm vụ quản lý nước thuộc
trách nhiệm của bộ máy hành chính các cấp từ trung ương đến địa phương. Tuy

1

nhiên, để phát triển bền vững thì nước cũng cần thiết phải được quản lý theo lưu
vực sông. Nhận thức rõ vai trò và tầm quan trọng của vấn đề này, điều 64 của Luật
Tài nguyên nước đã thể chế hoá về quản lý lưu vực sông bằng việc quy định nội
dung quản lý quy hoạch lưu vực sông và việc thành lập cơ quan quản lý quy hoạch
lưu vực sông đối với các lưu vực sông lớn ở nước ta.
Việc thực hiện quản lý nước theo lưu vực sông là một xu thế và định hướng
mà nước ta sẽ phải thực hiện trong các giai đoạn tới. Tuy nhiên đây là vấn đề rất
mới và trong bối cảnh của nước ta thì việc thực hiện trong thực tế không phải dễ
dàng, sẽ có nhiều vấn đề đặt ra cần phải nghiên cứu để từng bước giải quyết.
Phương hướng chung là phải tiếp cận kinh nghiệm của các nước trên thế giới và
nghiên cứu vận dụng với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của các lưu vực sông ở
nước ta, thông qua trao đổi rộng rãi để tìm ra một mô hình hợp lý.
Nhận thức rõ tầm quan trọng của nguồn tài nguyên nước cũng như phương
pháp quản lý nguồn tài nguyên nước theo lưu vực, Học viên đã nghiên cứu và thực
hiện luận văn khoa học: “Ứng dụng mô hình SWAT hỗ trợ quản lý tài nguyên nước
lưu vực sông Cầu, tỉnh Bắc Kạn”.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài: Đánh giá được chất lượng nước bằng mô hình SWAT
làm cơ sở đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cầu.
Để đạt được mục tiêu, các nội dung chính sau đây được hiện:
-

Tổng quan một số vấn đề và yêu cầu trong việc quản lý lưu vực nói
chung và quản lý tài nguyên nước trong lưu vực nói riêng;

-

Tổng quan hiện trạng khai thác và sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông
Cầu, tỉnh Bắc Kạn;

-

Nghiên cứu mô hình SWAT và các tham số đầu vào của mô hình;

-

Đánh giá tính thích hợp của mô hình SWAT với lưu vực sông Cầu và
chạy mô hình;

2


-

Trên cơ sở kết quả chạy mô hình về hiện trạng chất lượng nước của lưu
vực sông Cầu đề xuất một số biện pháp quản lý tài nguyên nước cho địa
phương.

3. Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi lãnh thổ
Nhận thức được tầm quan trọng của việc quản lý tài nguyên nước theo lưu
vực, đề tài đã chọn lưu vực sông Cầu làm khu vực nghiên cứu với 2 lý do chính
sau:
+ Sông Cầu trên địa bàn Bắc Kạn thuộc đầu nguồn, đây là nguồn cung cấp
nước chính cho sản xuất, sinh hoạt của nhân dân trong tỉnh và khu vực hạ lưu.
+ Từ năm 2010 trở lại đây nhờ giao thông phát triển thuận lợi, Sự nghiệp
công nghiệp hoá - hiện đại hoá của tỉnh Bắc Kạn đang được đẩy mạnh đòi hỏi sự
chuyển dịch về cơ cấu sử dụng các loại đất nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất hàng
hoá, tăng cường cơ sở kết cấu hạ tầng, phát triển các khu công nghiệp, du lịch, các
công trình phúc lợi xã hội và thực hiện đô thị hoá,… Chính vì thế đã tác động

không nhỏ đến sự thay đổi chất lượng nước lưu vực sông Cầu.
- Phạm vi khoa học
Các hoạt động có liên quan đến nước thường thuộc các ngành cụ thể (cấp
thoát nước, nông nghiệp và tưới tiêu, thủy điện và công nghiệp, thủy sản, vui chơi
giải trí…) và được quản lý bởi các thể chế theo ngành, chịu tác động của các mục
tiêu và quyền lợi cụ thể. Kết quả là việc quản lý tài nguyên nước với tư cách là
nguồn tài nguyên có hạn và có thể tái tạo được thường có khuynh hướng bị lấn át
bởi quyền lợi ngành.
Đề tài tiếp cận nghiên cứu với mục đích hỗ trợ và đưa ra tình hình tổng quan
nhất về chất lượng cũng như lưu lượng nước trong lưu vực và các tiểu lưu vực
tương ứng với định hướng phát triển vùng thể hiện rõ nhất là sự thay đổi về mục
đích sử dụng đất trong phạm vi lưu vực. Thông qua đấy có thể đánh giá hiện trạng
chất lượng nước của lưu vực sông Cầu nói chung và các tiểu lưu vực nói riêng. Kết
quả nghiên cứu có thể hỗ trợ cho người ra quyết định về định hướng phát triển và

3


thay đổi cơ cấu sử dụng đất nhằm mục đích tăng trưởng đi đôi với bảo vệ nguồn tài
nguyên nước.
4. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu với những nội dung như trên, luận văn được cấu trúc thành 3
chương:
Chương 1 - Tổng quan về quản lý tài nguyên nước trong lưu vực sông
Chương 2 - Mô hình SWAT trong hỗ trợ quản lý tài nguyên nước
Chương 3 - Sử dụng mô hình SWAT hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông
Cầu, tỉnh Bắc Kạn

4

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC
TRONG LƯU VỰC SÔNG
1.1. Quản lý tổng hợp lưu vực sông
Lưu vực là phần diện tích bề mặt đất trong tự nhiên mà mọi lượng nước
mưa khi rơi xuống sẽ tập trung lại và thoát qua một cửa ra duy nhất. Trên thực tế,
lưu vực thường được đề cập đến là lưu vực sông, và toàn bộ lượng nước trên sông
sẽ thoát ra cửa sông. [2]
Lưu vực sông được giới hạn bằng đường phân nước của lưu vực. Có 2 loại
đường phân nước: đường phân nước mặt và đường phân nước ngầm. Đường phân
nước mặt là đường nối liên tục các điểm cao nhất chung quanh lưu vực và giới hạn
bởi các lưu vực khác. Nước mưa rơi xuống đường phân nước sẽ chảy về 2 phía của
đường phân nước và đi về 2 lưu vực khác kế cận nhau theo sườn dốc của chúng.
Đường phân nước ngầm phân chia sự tập trung nước ngầm giữa các lưu vực.
Thực tế, người ta thường lấy đường phân nước mặt để xác định diện tích lưu
vực và gọi là đường phân lưu. Muốn xác định đường phân lưu phải căn cứ vào bản
đồ địa hình có vẽ các đường đồng cao độ. (hình1.1) [2]

Hình 1. 1. Lưu vực sông và khái niệm đường phân nước [2]

5


Vì toàn bộ lượng nước mưa xuống lưu vực sông sẽ tương tác với các đối
tượng trong lưu vực và cuối cùng đổ ra của sông, chính vì thế quản lý và đánh giá
chất lượng nguồn nước theo lưu vực sẽ cho kết quả khách quan, sát với quy luật tự
nhiên nhất.
Trong thành phần tự nhiên của một khu vực bao gồm các yếu tố khác nhau
như đất, nước, sinh vật. Chúng song song tồn tại và phát triển trong mối quan hệ
biện chứng mà ở đó, nước đóng vai trò chủ đạo. Mặt khác, tài nguyên nước được

hình thành trên từng lưu vực sông khác nhau. Vì vậy, đề cập vấn đề nước mặc
nhiên phải đề cập đến vấn đề quản lý tổng hợp lưu vực sông (QLTHLVS).
QLTHLVS xem lưu vực sông là đối tượng trung tâm, là một hệ thống thống
nhất trong đó thể hiện tác động qua lại giữa đất, nước và động thực vật tạo thành
một hệ sinh thái ổn định, nhằm mục đích bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên
cũng như cải thiện chất lượng môi trường trên lưu vực sông. QLTHLVS trước hết
thực chất là quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, đồng thời cũng quản lý toàn
thể các hoạt động khác như quản lý đô thị, quản lý công nghiệp, quản lý nông
nghiệp, quản lý xã hội...
QLTHLVS là một quá trình linh hoạt và mềm dẻo nhằm giải quyết những
vấn đề nảy sinh do hoàn cảnh và điều kiện thay đổi, trong đó bao gồm việc tích luỹ
thêm kiến thức khi công tác quản lý tiến triển và tích lũy được ngày càng nhiều
thông tin liên quan đến các quá trình quản lý.
Nội dung khái quát của QLTHLVS bao gồm:
- Kiểm kê, đánh giá hiện trạng các dạng tài nguyên thiên nhiên về lượng và chất, sự
thay đổi của chúng theo thời gian và không gian.
- Đánh giá hiện trạng khai thác, sử dụng tài nguyên thiên nhiên trên lưu vực.
- Lập quy hoạch khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên.
- Theo dõi, kiểm tra, giám sát việc thực hiện các chương trình dự án liên quan đến
khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên trong lưu vực.

6


1.2. Quản lý tổng hợp tài nguyên nước trong lưu vực sông
1.1.2. Yêu cầu và mục đích quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông
Dòng chảy tuân theo quy luật tự nhiên và không phụ thuộc vào biên giới hành
chính. Vì vậy nảy sinh ra vấn đề: nước có nên được quản lý và cơ cấu công tác
quản lý xác định theo biên giới hành chính hiện tại hay theo biên giới tự nhiên, mà
thường là lưu vực sông. Lưu vực sông đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển

kinh tế xã hội của một khu vực, một quốc gia hoặc một liên quốc gia. Trên quan
điểm hoàn toàn tài nguyên nước, vấn đề trở nên logic hơn rất nhiều nếu áp dụng
phương pháp tiếp cận trên lưu vực sông như một đơn vị hợp lý để xây dựng quy
hoạch. Tuy vậy với nguyên tắc phát triển tài nguyên nước theo yêu cầu sử dụng,
cần lập tổ chức lưu vực sông để đáp ứng các yêu cầu do các bên sử dụng nước đề
ra. Cơ cấu và những quy định điều hành hành chính có thể gây nên một số trở ngại
đối với quản lý nước lưu vực sông. Các cơ quan trong địa bàn lưu vực không thể
đảm bảo phát triển bền vững tài nguyên nước. Họ cần có sự hỗ trợ từ những cơ
quan, tổ chức khác trong việc xác định yêu cầu dùng nước khi những điều kiện
kinh tế xã hội và chính trị thay đổi.
Quản lý tổng hợp tài nguyên nước của một lưu vực sông là một cách tiếp cận
mới nhằm giúp giải quyết các vấn đề lớn về tài nguyên và môi trường nước đang
gặp phải tại nhiều quốc gia, đảm bảo sử dụng có hiệu quả và bền vững nguồn tài
nguyên vô giá này. Đó chính là quá trình tổng hợp những quan điểm và lợi ích của
các ngành khác nhau trong quá trình quyết định, lưu tâm thích đáng đến quan hệ
thượng lưu - hạ lưu.
Quản lý tổng hợp tài nguyên nước theo lưu vực sông được xác định là một
quá trình quy hoạch, xây dựng và thực hiện việc khai thác các dạng tài nguyên
trong một lưu vực, xem xét toàn diện và đầy đủ các nhân tố có liên quan đến xã
hội, kinh tế, môi trường trong mối tương tác về không gian (giữa các bộ phận trong
lưu vực: thượng lưu, trung lưu và hạ lưu), tương tác giữa các nhân tố (chống xói
mòn, rửa trôi, làm thoái hoá đất, giảm sức sinh sản của rừng và đất nông nghiệp,
ngăn chặn bồi lắng, lũ đá, chống nhiễm bẩn nước…). Hình thành các tổ chức lưu

7


vực sông được coi như một phương tiện hữu hiệu để quy hoạch và thực hiện các
nội dung phát triển kinh tế và xã hội.
Quy hoạch lưu vực sông phải đảm bảo yêu cầu sử dụng tổng hợp nguồn nuớc,

đáp ứng các yêu cầu về cấp nước cho sinh hoạt, phục vụ cho sản xuất nông nghiệp,
lâm nghiệp, công nghiệp, khai khoáng, phát điện, giao thông thủy, nuôi trồng thuỷ,
hải sản, sản xuất muối, thể thao, giải trí, du lịch, y tế, an dưỡng, nghiên cứu khoa
học và các mục đích khác; bảo đảm các yêu cầu về phòng, chống lũ lụt, hạn hán và
các tác hại khác do nước gây ra.
Hiện nay thường xuất hiện 5 thách thức liên quan đến việc khai thác và sử
dụng tài nguyên nước lưu vực sông: [6]
- Nhu cầu thuỷ điện gia tăng do sự phát triển công nghiệp và đô thị
- Nông nghiệp thiếu nước nghiêm trọng về mùa khô
- Xâm nhập mặn đối với các vùng ven biển
- Nhu cầu cấp nước sinh hoạt và công nghiệp ngày càng gia tăng
- Ô nhiễm nước do nước thải công nghiệp và đô thị
1.2.3. Xác định nguồn gây ô nhiễm nước
- Ô nhiễm tự nhiên
Là do mưa, tuyết tan, lũ lụt, gió bão… hoặc do các sản phẩm hoạt động sống
của sinh vật, kể cả xác chết của chúng.
Cây cối, sinh vật chết đi, chúng bị vi sinh vật phân hủy thành chất hữu cơ.
Một phần sẽ ngấm vào lòng đất, sau đó ăn sâu vào nước ngầm, gây ô nhiễm hoặc
theo dòng nước ngầm hòa vào dòng lớn.
Lụt lội có thể làm nước mất sự trong sạch, khuấy động những chất dơ trong
hệ thống cống rãnh, mang theo nhiều chất thải độc hại từ nơi đổ rác, và cuốn theo
các loại hoá chất trước đây đã được cất giữ.
Nước lụt có thể bị ô nhiễm do hoá chất dùng trong nông nghiệp, kỹ nghệ
hoặc do các tác nhân độc hại ở các khu phế thải. Công nhân thu dọn lân cận các
công trường kỹ nghệ bị lụt có thể bị tác hại bởi nước ô nhiễm hoá chất.

8


Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt, ...) có thể

rất nghiêm trọng, nhưng không thường xuyên, và không phải là nguyên nhân chính
gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu.
- Ô nhiễm nhân tạo
+ Từ sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt: là nước thải phát sinh từ các hộ gia đình, bệnh viện,
khách sạn, cơ quan trường học, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh
của con người.
Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ dễ bị phân
hủy sinh học (cacbohydrat, protein, dầu mỡ), chất dinh dưỡng (photpho, nitơ), chất
rắn và vi trùng. Tùy theo mức sống và lối sống mà lượng nước thải cũng như tải
lượng các chất có trong nước thải của mỗi người trong một ngày là khác nhau.
Nhìn chung mức sống càng cao thì lượng nước thải và tải lượng thải càng cao.
Nước thải đô thị: là loại nước thải tạo thành do sự gộp chung nước thải sinh
hoạt, nước thải vệ sinh và nước thải của các cơ sở thương mại, công nghiệp nhỏ
trong khu đô thị. Nước thải đô thị thường được thu gom vào hệ thống cống thải
thành phố, đô thị để xử lý chung. Thông thường ở các đô thị có hệ thống cống thải,
khoảng 70% đến 90% tổng lượng nước sử dụng của đô thị sẽ trở thành nước thải
đô thị và chảy vào đường cống. Nhìn chung, thành phần cơ bản của nước thải đô
thị cũng gần tương tự nước thải sinh hoạt.
Ở nhiều vùng, phân người và nước thải sinh hoạt không được xử lý mà quay
trở lại vòng tuần hoàn của nước. Do đó bệnh tật có điều kiện để lây lan và gây ô
nhiễm môi trường. Nước thải không được xử lý chảy vào sông rạch và ao hồ gây
thiếu hụt oxy làm cho nhiều loại động vật và cây cỏ không thể tồn tại.
Không chỉ có hoá chất, rác, bệnh phẩm, trên nhiều các sông, kênh người dân
đua nhau lấn chiếm lòng sông, làm cản trở dòng chảy, cản trở giao thông đường
thuỷ và tranh thủ sử dụng khoảng sông nhỏ hẹp ấy như một hệ thống WC.

9

Các bãi rác là nơi chứa đựng sự ô nhiễm rất cao, nếu không được thu dọn,
xử lý triệt để thì nước từ các bãi rác theo nước mưa, chảy vào các ao hồ gần khu
dân cư, hoặc thấm vào nguồn nước ngầm gây ô nhiễm.
Còn tại các khu đô thị, trung bình mỗi ngày thải ra 20.000 tấn chất thải rắn
nhưng chỉ thu gom và đưa ra các bãi rác được trên 60% tổng lượng chất thải nên đã
gây ô nhiễm nguồn nước.

Hình 1. 2. Ô nhiễm nước do rác thải sinh hoạt

+ Từ các hoạt động công nghiệp
Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu
thủ công nghiệp, giao thông vận tải. Khác với nước thải sinh hoạt hay nước thải đô
thị, nước thải công nghiệp không có thành phần cơ bản giống nhau, mà phụ thuộc
vào ngành sản xuất công nghiệp cụ thể. Ví dụ: nước thải của các xí nghiệp chế biến
thực phẩm thường chứa lượng lớn các chất hữu cơ, nước thải của các xí nghiệp
thuộc da ngoài các chất hữu cơ còn có các kim loại nặng, sulfua, ...

10


Hình 1. 3. Nước xả nước thải của công ty Vedan làm ô nhiễm sông Thị Vải
(Nguồn: )

Người ta thường sử dụng đại lượng PE (population equivalent) để so sánh
một cách tương đối mức độ gây ô nhiễm của nước thải công nghiệp với nước thải
đô thị. Đại lượng này được xác định dựa vào lượng thải trung bình của một người
trong một ngày đối với một tác nhân gây ô nhiễm xác định. Các tác nhân gây ô
nhiễm chính thường được sử dụng để so sánh là COD (nhu cầu oxy hóa học),
BOD5 (nhu cầu oxy sinh hóa), SS (chất rắn lơ lửng).
Ví dụ: Tính PE của nguồn nước thải có lưu lượng là 200 m3/ngày, nồng độ BOD5

của nước thải là 1200 mg/L. Lượng BOD5 trung bình do một người thải ra trong
một ngày là 50 g/người/ngày.
Như vậy, xét đối với thông số BOD5, nước thải của nguồn thải này tương
đương với nước thải của một khu dân cư có 4800 người.
Có nhiều hoạt động sản xuất công nghiệp gây ô nhiễm nước, trong đó chủ
yếu là:
-

Do các hoạt động sản xuất: Hiện nay trong tổng số 134 khu công nghiệp,
khu chế xuất đã đi vào hoạt động ở nước ta mới chỉ có 1/3 khu công nghiệp,

11


chế xuất có hệ thống xử lý nước thải. Nhiều nhà máy vẫn dùng công nghệ
cũ, có khu công nghiệp thải ra 500.000 m 3 nước thải mỗi ngày chưa qua xử
lý. Chất lượng nước thải công nghiệp đều vượt quá nhiều lần giới hạn cho
phép. Đặc biệt là nước thải các ngành công nghiệp nhuộm, thuộc da, chế
biến thực phẩm, hóa chất có hàm lượng các chất gây ô nhiễm cao, không
được xử lý thải trực tiếp vào hệ thống thoát nước đã làm cho nguồn nước bị
ô nhiễm nặng.
-

Do khai thác khoáng sản: Trong việc khai khoáng công nghiệp thì khó khăn
lớn nhất là xử lý chất thải dưới dạng đất đá và bùn. Trong chất thải này có
thể có các hóa chất độc hại mà người ta sử dụng để tách quặng khỏi đất đá.
Trong chất thải ở các mỏ thường có các hợp chất sulfide - kim loại, chúng
có thể tạo thành axít, với khối lượng lớn chúng có thể gây hại đối với đồng
ruộng và nguồn nước ở xung quanh. Bùn từ các khu mỏ chảy ra sông suối
có thể gây ùn tắc dòng chảy từ đó gây lũ lụt. Một lượng chất thải rất lớn bao

gồm chất thải rắn, nước thải và bùn thải hàng năm, không được quản lý và
xử lý, gây ô nhiễm môi trường.

-

Hiện tượng ô nhiễm và lắng đọng trầm tích ở các sông và biển do khai thác
khoáng sản cũng có thể đe dọa đến đa dạng sinh học trong các thủy vực, đe
dọa đến sức khỏe của người dân gần đó, và xa hơn nữa là làm ảnh hưởng
đến các cộng đồng sống phụ thuộc vào nguồn nước. Các chất thải có thể làm
bẩn các nguồn nước dự trữ khác như các túi nước ngầm. Xói lở từ các mái
dốc không có rừng bao phủ làm các con sông đầy ắp bùn phù sa và làm tăng
khả năng lũ lụt. Khai thác khoáng sản gần các lưu vực sông, đặc biệt là mỏ
than hầm lò càng làm tăng thêm những nguy cơ tai nạn do bị ngập lụt.

-

Từ các lò nung và chế biến hợp kim: Trong quá trình sản xuất và chế biến
các loại kim loại như đồng, nicken, kẽm, bạc, kobalt, vàng và kadmium, môi
trường bị ảnh hưởng nặng nề. Hydrofluor, Sunfua-dioxit, Nitơ-oxit khói độc
cũng như các kim loại nặng như chì, Arsen, Chrom, Kadmium, Nickel, đồng
và kẽm bị thải ra môi trường.Một lượng lớn axít-sunfuaric được sử dụng để

12


chế biến. Chất thải rắn độc hại cũng gây hại đến môi trường. Thông thường
con người hít thở các chất độc hại này hoặc chúng thâm nhập vào chuỗi thực
phẩm. Bụi mịn gây hại nặng nề và ảnh hưởng tới nguồn nước. Hàm lượng
nước thải của các ngành công nghiệp này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84
lần, H2S vượt 4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên

đã gây ô nhiễm nặng nề các nguồn nước mặt trong vùng dân cư.
Mức độ ô nhiễm nước ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công
nghiệp tập trung là rất lớn. Điều nguy hiểm hơn là trong số các cở sở sản xuất công
nghiệp, các khu chế xuất đa phần chưa có trạm xử lý nước thải, khí thải và hệ
thống cơ sở hạ tầng đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường.
+ Từ y tế
Nước thải bệnh viện bao gồm nước thải từ các phòng phẫu thuật, phòng xét
nghiệm, phòng thí nghiệm, từ các nhà vệ sinh, khu giặt là, rửa thực phẩm, bát đĩa,
từ việc làm vệ sinh phòng... cũng có thể từ các hoạt động sinh hoạt của bệnh nhân,
người nuôi bệnh và cán bộ công nhân viên làm việc trong bệnh viện. Nước thải y tế
có khả năng lan truyền rất mạnh các vi khuẩn gây bệnh, nhất là đối với nước thải
được xả ra từ những bệnh viện hay những khoa truyền nhiễm, lây nhiễm.

13


Hình 1. 4. Rác thải y tế (Nguồn: )

Đặc tính của nước thải bệnh viện: ngoài những yếu tố ô nhiễm thông thường
như chất hữu cơ, dầu mỡ động thực vật, vi khuẩn, còn có những chất bẩn khoáng
và hữu cơ đặc thù như các phế phẩm thuốc, các chất khử trùng, các dung môi hóa
học, dư lượng thuốc kháng sinh, các đồng vị phóng xạ được sử dụng trong quá
trình chẩn đoán và điều trị bệnh. Việc sử dụng rộng rãi các chất tẩy rửa (chất hoạt
động bề mặt) ở xưởng giặt của bệnh viện cũng tạo nguy cơ làm xấu đi mức độ hoạt
động của công trình xử lý nước thải bệnh viện.
Điểm đặc thù của nước thải bệnh viện là sự lan truyền rất mạnh các vi khuẩn
gây bệnh, nhất là nước thải từ những bệnh viện chuyên về bệnh truyền nhiễm cũng
như khoa lây nhiễm của các bệnh viện khác. Những nguồn nước thải này là một
trong những nhân tố cơ bản có khả năng gây truyền nhiễm qua đường tiêu hóa và
làm ô nhiễm môi trường. Đặc biệt nguy hiểm khi nước thải bị nhiễm các vi khuẩn

gây bệnh có thể dẫn đến dịch bệnh cho người và động vật qua nguồn nước, qua các
loại rau được tưới bằng nước thải.
Nước thải bệnh viện chứa vô số loại vi trùng, virus và các mầm bệnh sinh
học khác trong máu mủ, dịch, đờm, phân của người bệnh, các loại hóa chất độc hại
từ cơ thể và chế phẩm điều trị, thậm chí cả chất phóng xạ. Do đó, nó được xếp vào
danh mục chất thải nguy hại, gây nguy hiểm cho người tiếp xúc.

14


Theo kết quả phân tích của cơ quan chức năng, loại nước này ô nhiễm nặng
về mặt hữu cơ và vi sinh. Hàm lượng vi sinh cao gấp 100 - 1.000 lần tiêu chuẩn
cho phép, với nhiều loại vi khuẩn như Salmonella, tụ cầu, liên cầu, virus đường
tiêu hoá, bại liệt, các loại ký sinh trùng, amip, nấm. Hàm lượng chất rắn lơ lửng
cao gấp 2-3 lần tiêu chuẩn cho phép. Ngoài ra, những chất thải như máu, dịch,
nước tiểu có hàm lượng hữu cơ cao, phân hủy nhanh nếu không được xử lý đúng
mức, không chỉ gây bệnh mà còn gây mùi hôi thối nồng nặc, làm ô nhiễm không
khí trong các khu dân cư.
Sau khi hòa vào hệ thống nước thải sinh hoạt, những mầm bệnh này chu du
khắp nơi, xâm nhập vào các loại thủy sản, vật nuôi, cây trồng, nhất là rau thủy canh
và trở lại với con người. Việc tiếp xúc gần với nguồn ô nhiễm còn làm tăng nguy
cơ ung thư và các bệnh hiểm nghèo khác cho người dân.
+ Từ hoạt động sản xuất nông, ngư nghiệp:
Trong sản xuất nông nghiệp:
Các hoạt động chăn nuôi gia súc: phân, nước tiểu gia súc, thức ăn thừa
không qua xử lý đưa vào môi trường và các hoạt động sản xuất nông nghiệp khác:
thuốc trừ sâu, phân bón từ các ruộng lúa, dưa, vườn cây, rau chứa các chất hóa học
độc hại có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt.

Hình 1. 5. Chất thải chăn nuôi gia súc (Nguồn: )

15


Trong quá trình sản xuất nông nghiệp, đa số nông dân đều sử dụng thuốc
bảo vệ thực vật gấp ba lần liều khuyến cáo. Chẳng những thế, nông dân còn sử
dụng cả các loại thuốc trừ sâu đã bị cấm như Aldrin, Thiodol, Monitor... Trong quá
trình bón phân, phun xịt thuốc, người nông dân không hề trang bị bảo hộ lao động.
Đa số nông dân không có kho cất giữ bảo quản thuốc, thuốc khi mua về chưa sử
dụng được cất giữ khắp nơi, kể cả gần nhà ăn, giếng sinh hoạt... Đa số vỏ chai
thuốc sau khi sử dụng xong bị vứt ngay ra bờ ruộng, số còn lại được gom để bán
phế liệu...

Hình 1. 6. Phun thuốc bảo vệ thực vật (Nguồn: )

Trong sản xuất ngư nghiệp:
Nước ta là nước có bờ biển dài và có nhiều điều kiện thuận lợi cho ngành
nuôi trồng thủy hải sản, tuy nhiên cũng vì đó mà việc ô nhiễm nguồn nước do các
hồ nuôi trồng thủy sản gây ra không phải là nhỏ.
Nguyên nhân là do thức ăn, nước trong hồ, ao nuôi lâu ngày bị phân hủy
không được xử lý tốt mà xả ra sông suối, biển gây ô nhiễm nguồn nước. Các chất
thải nuôi trồng thủy sản là nguồn thức ăn dư thừa thối rữa bị phân hủy, các chất tồn

16


dư sử dụng như hóa chất và thuốc kháng sinh, vôi và các loại khoáng chất. Chất
thải ao nuôi công nghiệp có thể chứa đến trên 45% Nitrogen và 22% là các chất
hữu cơ khác, là nguồn có thể gây ô nhiễm môi trường và dịch bệnh thủy sản phát
sinh trong môi trường nước.

Bên cạnh đó, các xưởng chế biến mỗi ngày chế biến hàng tấn thủy hải sản,
tuy nhiên trong quá trình chế biến đã thải ra môi trường toàn bộ lượng nước thải,
bao gồm cả hóa chất, chất bảo quản. Ngoài ra, nhiều loại thủy hải sản chỉ lấy một
phần, phần còn lại vứt xuống sông, biển làm nước bị ô nhiễm, bốc mùi hôi khó
chịu.
Một thực trạng đang xảy ra với các cơ sở nuôi trồng thủy sản là hiện tượng
thức ăn nuôi trồng thủy sản gây ô nhiễm. Do thiếu quy hoạch và ý thức về môi
trường, ở các doanh nghiệp và cá nhân, nước ta có nghề nuôi cá lồng trên biển
đang phát triển rất mạnh. Ô nhiễm môi trường biển ở khu vực này đang diễn biến
hết sức phức tạp. Mỗi ngày ở những ô lồng nuôi cá giò, người nuôi đã đưa xuống
biển một lượng thức ăn nuôi cá gồm hàng chục tấn các loại. Lượng thức ăn này
một phần do cá ăn không hết, hoặc lọt qua lưới rơi xuống đáy biển, trôi sang khu
vực biển gần đó. Mỗi bè lại có một kiểu cho cá ăn riêng. Các loại cá sống, cá chết
đựơc băm nhỏ dùng làm thức ăn, rồi tinh bột, rau tươi…Tất cả đều thả xuống hàng
chục nghìn ô lồng.
Để quản lý tốt tài nguyên nước theo lưu vực thì việc thiết yếu là phải nắm rõ
yêu cầu và mục đích của việc quản lý tổng hợp tài nguyên nước theo lưu vực sông
cũng như xác định được các nguồn gây ô nhiễm nước.
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên Thế giới và Việt Nam
Quản lý lưu vực sông là một vấn đề đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế
giới trong nửa cuối của thế kỷ 20 và phát triển rất mạnh trong vài thập kỷ gần đây
nhằm đối phó với những thách thức về sự khan hiếm nước, sự gia tăng tình trạng ô
nhiễm và suy thoái các nguồn tài nguyên và môi trường của các lưu vực sông. Hiện
nay trên thế giới đã có hàng trăm các tổ chức quản lý lưu vực sông được thành lập
để quản lý tổng hợp và thống nhất tài nguyên nước, đất và các tài nguyên liên quan

17